物理吸附:利用活性炭孔隙结构与污染物分子之间的范德华力,将尾气中的有害分子(如二噁英、重金属蒸汽)捕获并固定在孔隙内。由于二噁英类物质分子直径较大,活性炭丰富的中孔和微孔结构能为其提供充足的吸附位点;而对于汞等重金属蒸汽,活性炭的高比表面积使其能够高效吸附。
化学吸附:部分活性炭会通过负载特定化学物质(如硫、碘)进行改性,增强对特定污染物的吸附能力。例如,载硫活性炭可通过化学反应与汞生成稳定的硫化汞,进一步提高汞的吸附效率和稳定性,避免吸附后的汞在后续处理过程中再次释放。
前置预处理环节配合:尾气首先经过余热锅炉回收热量,随后进入半干法脱酸塔,通过喷射石灰浆等碱性物质去除大部分酸性气体(如氯化氢、二氧化硫)。这一环节可减少酸性气体对活性炭吸附性能的影响,因为酸性气体可能与活性炭表面的活性位点发生反应,降低其对二噁英和重金属的吸附效率。
活性炭喷射吸附环节:经过脱酸处理后的尾气进入活性炭喷射系统,通过压缩空气将粉末状活性炭(PAC)均匀喷射到尾气气流中。活性炭与尾气充分接触,在极短时间内(通常几秒到十几秒)高效吸附尾气中的二噁英、重金属(尤其是汞)等有害污染物。为保证吸附效果,需要精确控制活性炭的喷射量(通常根据垃圾焚烧量、尾气流量及污染物浓度调整,一般为 50-200mg/Nm³)、喷射速度和混合均匀度,确保活性炭与尾气形成良好的气固接触。
后续除尘分离环节:吸附了污染物的活性炭颗粒随尾气一同进入布袋除尘器(或电除尘器),布袋除尘器的滤袋会将活性炭颗粒、粉尘以及吸附的污染物一并截留,实现气固分离。分离后的洁净尾气经过烟囱达标排放,而含有活性炭和污染物的飞灰则作为危险废物,需按照国家相关标准进行稳定化处理(如固化 / 稳定化)后,送往危险废物填埋场处置,或进行进一步的资源化回收(如提取飞灰中的金属)。
吸附效率高:活性炭对二噁英和汞的吸附效率尤为突出,在合理的工艺参数下,对二噁英的去除率可达到 95% 以上,对汞的去除率也能达到 80%-90%,能够有效满足国家《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB 18485-2014)中对这类污染物的严格排放要求。
适应性强:垃圾焚烧尾气的成分和浓度会因垃圾种类、焚烧工况(如焚烧温度、过剩空气系数)的变化而波动,活性炭能够在较宽的温度范围(通常为 120-200℃,这一温度区间与布袋除尘器入口温度匹配)和污染物浓度范围内保持稳定的吸附性能,不受尾气成分波动的显著影响,具有较强的工况适应性。
操作简便且成本可控:活性炭喷射系统的设备结构相对简单,占地面积小,易于集成到现有垃圾焚烧尾气处理系统中,改造难度低。同时,粉末状活性炭的来源广泛,价格相对低廉,虽然需要持续消耗,但通过优化喷射量和工艺参数(如采用活性炭再生技术),可有效控制运行成本,兼顾处理效果与经济性。
无二次污染风险(合理处置前提下):吸附污染物后的活性炭会随飞灰被布袋除尘器截留,只要对含活性炭的飞灰进行规范的危险废物处置(如固化稳定化 + 安全填埋),即可避免吸附的污染物再次释放到环境中,不会产生二次污染,环境安全性高。
活性炭消耗量大,运行成本较高:为保证污染物达标排放,通常需要持续喷射大量粉末状活性炭,长期运行下来,活性炭的采购成本占尾气处理系统运行成本的比例较高。针对这一问题,目前的解决方向主要包括:开发高效吸附性能的活性炭(如改性活性炭、纳米复合活性炭),在降低喷射量的同时保证吸附效率;研究活性炭再生技术,如热再生、化学再生等,对吸附后的活性炭进行再生处理并循环利用,减少新鲜活性炭的消耗量,降低运行成本。
飞灰处置压力增大:吸附污染物后的活性炭会进入飞灰中,导致飞灰产生量增加,同时也提高了飞灰中碳的含量,可能对飞灰的后续稳定化处理(如水泥固化)效果产生一定影响(如降低固化体强度)。解决方向包括:优化活性炭喷射工艺,减少不必要的活性炭消耗;开发飞灰协同处置技术,如将含活性炭的飞灰用于水泥窑协同处置,实现飞灰的资源化利用,降低处置压力。
吸附选择性有待提升:普通粉末状活性炭对尾气中的多种污染物均有吸附作用,但对特定污染物(如低浓度汞、某些新型持久性有机污染物)的吸附选择性和效率仍有提升空间。未来可通过定向改性技术,如在活性炭表面负载特定功能基团(如氨基、硫基)或纳米材料(如纳米二氧化钛),增强其对目标污染物的吸附选择性,进一步提高尾气处理效率。